在中國古代傑出的科技成就中,除了眾所周知的火藥、造紙術、指南針、印刷術四大發明,還有壹個鮮為人知的中國古代法律。兩千多年來,中國古人在法學上的成就壹直處於世界領先水平。
所謂“法”,就是構成法律體系的基本單位。當每壹部法律都在高度上被精確定義並形成體系時,它就成了“法律體系”。“法”是對音樂制作的系統而全面的研究。具體來說,音律是根據“聲學”原理,運用數學方法研究音樂系統音調之間關系的壹門學科,是音樂聲學、數學和音樂學相互滲透的壹門交叉學科。在音高系統的研究和應用中,音律幾乎無處不在。
中國是壹個非常重視音樂傳統的國家。《尚書》中有“時日月同,法度同”的記載。在中國古代,壹個國家的君主制定歷法觀察天象,統壹音高標準和度量衡規範,是頭等大事。從《史記》開始,24年的歷史中有16章,具體描述了相關時代的法制成就和音高標準的計算。中國有文字記載的法律實踐的源頭,至少可以追溯到公元前11世紀,如《史記》中的“吳王伐紂,吹法聽音”。此後的三千年間,中國法學理論和實踐不斷發展,新的突破層出不窮。
早在春秋時期,大約在公元前六世紀的《管子·元帝》中就記載了“三分盈虧”定律。“三分盈虧”既是法的方法,也是法的方法。根據三點得失法,從壹個被認定為音高的弦(或管)的長度開始,分成三等份,然後去掉壹點(損失壹)或加上壹點(增益壹),確定另壹個定律的長度。在數學上,就是把音高的弦長乘以三分之二或者四分之三。以此類推,直到弦(或管)上的聲音略高於或低於音高,完成壹個音階中十二律的計算。音高隨弦(或管)長度變化的規律是,用三點得失法計算的十二定律相鄰兩定律的長度差(或頻差)不全相同。
用三點損益法完成壹個音階中每壹個律的計算後,比音高高(或低)八個八度的音符,大概只能是音高的兩倍(或低兩倍),而不僅僅是兩倍。假設音高do的相對頻率為1,那麽用三點損益法計算出的高八度do音的相對頻率並不正好為2,比如2.003。這是0.003的額外差異。在漫長的法制史道路上,為了取消這種差別,使之準確地回到二,人們尋求了各種方法,用了近兩千年的時間。
漢代的方婧(公元前1世紀)、南北朝的劉宋錢樂之(公元5世紀)、梁沖(公元6世紀)等。,都想過通過在壹個尺度上增加法律的數量來消除或縮小這種差異。方靜用三分得失的方法把壹個音階中的律法增加到56條(命名為60條),金錢和音樂的總和增加到360條。然而,他們的做法只能縮小差異,而不能消除差異。由於在音樂實踐中增加律數是沒有意義的,宋代(公元11世紀)蔡把律數增加到只有十八條。
南北朝時期的何承天進行了大膽的創新。他把差異分成長度為12的部分,然後把它加到音高之後的規律裏。這樣,音高和高八度音只是在長度上倍增。這種方法是根據長度而不是頻率來分配差額的,所以也有壹定的缺陷。但是,這種方法為十二平均律的最終完成開辟了道路。
十二平均律:將壹組音(八度)分成十二個半音的律制,目前在國際上通用,相鄰兩個律之間的振動數之比完全相等,也稱為“十二步律”。據楊考證,據史料記載,平均律在公元前二世紀開始在我國音樂實踐中應用,但平均律理論出現於1584年朱載堉《新律論》問世之時。實踐和理論先後出現,時間差1685。
明朝中葉,皇子朱載堉發明了珠算平方根的方法,獲得了法度的幾何級數。具體來說就是通過發音體的長度計算音高,假設黃鐘的節奏是1英尺,低八度的弦長是2英尺,然後乘以2次頻率公比就是1.05943094。這個方法第壹次解決了十二定律這個永恒的問題,他的“新秘法”(也就是十二平均律)成為人類科學史上最重要的發現之壹。
這個法律體系包括樂音的標準音高,以及樂音的相關規則和法律。鋼琴鍵盤上有88個黑白鍵,是根據十二等分定律原理制作的。朱載堉的“十二平均律”理論對世界音樂理論做出了巨大貢獻。直到壹百多年後,德國音樂家威爾克邁斯特才提出同樣的理論。19年底,比利時聽力學家馬蓉用朱載堉發明的這種方法做了實驗,結論和朱載堉壹模壹樣。
以固定音高的黃鐘笛為長度基準,是中國古代法學的又壹偉大發明和創造。這種方法和幾千年後的今天,世界上以光波的波長作為長度基準驚人的相似。
近年來,出土了壹件這壹時期的簡單樂器——陶勛。早在《順書》中就有這樣壹句話:“二月,我東遊獵。至於代宗和柴。望山川,朝東之後,結社在對日,同法同量。”舜繼承帝位後,遍遊全國,在泰山下的岱廟裏供奉神靈,為了安撫百姓,及時修身養性,配合四季的日月,統壹歷法,下令統壹性情和度量衡。魯《春秋》對關之法有記載:“昔黃帝命淩倫為法,淩倫自夏西,為阮之陰,取竹於滁溪谷,斷兩段以厚識。它長三寸,長九分,聽鳳凰之音,和其他十二法,其雄音為六。”這段話的意思是說,在古代,黃帝派他的樂師淩倫到昆侖山的背陰面去尋找壁厚均勻的竹子,作為樂器,以壹種音響穩定、聲音優美的鳥鳴聲作為基本旋律。當笛子發出的聲音與此鳥的叫聲壹致時,音高定義為黃鐘盧,聲為公音,公鳥的歌為法,母鳥的歌為盧。這段話雖然有些神話色彩,但也包含了壹些科學的內容:雖然不壹定非要去昆侖山取竹,但生長在西北背陰面、向陽面的竹子密集均勻,適合合法經營。鳥之法雖不壹定是鳳凰,但據音樂學家楊先生介紹,他曾在四川冠縣聽到壹只鳥發出穩定的G調的聲音。(44)這說明完全可以用鳥鳴的規律。至於三寸不爛之舌,還有很多爭議,可能是不正確的。根據歷代音樂學家的研究,多數人認為管長應為九寸。(45)這說明《呂春秋》中的這段話有壹定的現實意義。說明2000多年前,中國科學家就對音律有了深刻的認識,認識到樂器的長短與音頻密切相關。
音樂管發出的聲音是由於管內空氣柱的振動。當振動頻率增加時,妳會感覺到音高增加。頻率越低,音調越低。頻率與聲波的波長成反比。理論上,封閉管中空氣柱的基波波長等於管長度的四倍,所以如果管的直徑
聲速在壹定溫度下是恒定的,所以可以得出結論,管道長,頻率小,聲音就低。頻率加倍將使音高增加壹個八度。因此,如果確定了管道的直徑和長度,就可以確定管道的絕對螺距。所以,要想制作出壹定頻率的樂器,就要確定科學的尺寸。另壹方面,如果調諧管的頻率是固定的,就可以得到它的長度。所以中國古代用黃鐘定律來校正音階是完全符合科學原理的。
但在古代,受限於科技條件,無法使用儀器設備測量音頻並記錄下來,只能靠經驗豐富的音樂家和音樂學家的耳朵。當人們認識到能發出準確音高的黃鐘笛的長度和內徑是壹定的時,就用累黍的方法來固定笛子的長度和直徑,並用度量衡來修正。正如《漢書》所說:“度分分、寸、尺、尺、語錄,所以度的長短也是從黃鐘的長短開始。中者粟,壹粟之寬,九十分之長,壹為壹點,十為寸,十為尺,十為足,十為五次。”“量,我們,壹起,起來,鬥,歡迎也,所以量也,這個從黃鐘開始。從程度來看,有200人在山谷中,他們是以井的水平為基礎的。二合為合,十合為升,十合為鬥,十合為迎,五合為好。”“權、銖、二、金、君、石也,使物平而知輕重,即始於黃忠之重。壹個可以裝1200個小米,重12銖,所以兩個是兩個。二十四銖為兩,十六兩為金,三十斤為鈞,四兩為石。”這段話對後世影響深遠,凡是考證秦漢度量衡的人,都首先進行了解釋和論證。其中,很多人對黃仲生的度量衡問題有誤解;往往簡單的爭論是黃鈴源於音階還是音階源於黃鈴。(46)其實它真正的意義應該是用黃鐘樂器來定義當時壹尺的長度,也就是說黃鐘樂器是九寸的標準長度。把樂器分成九個點,再加壹個點,使之長壹尺。雖然黃鐘管的長度還得借助累壞了的小米來重現,但它的作用本質上和今天給出的壹米的定義是壹樣的——光在真空中1/299792458秒的時間間隔內行進的長度。值得註意的是,古代科學家不僅用各種方法來確定度量衡三量,還考慮將三種度量衡統壹到黃鐘樂器上,也就是說壹件黃鐘樂器可以作為三種度量衡的標準。雖然在壹定條件下由恒定聲速定義的這個長度的穩定性和準確性,與現代計量中由光波波長定義的長度相比,絕非等量齊觀,但在幾千年前的中國古代,那是壹個值得大書特書的成就,那就是用聲音來定尺,用法定管來校正度量衡。